天基可见光探测相机光学系统设计及杂散光分析

论文摘要

本文针对一种天基可见光探测相机光学系统设计及杂散光分析展开研究。首先针对探测要求确定出光学系统参数，选择类库克透射式光学系统作为初始结构，经过ZEMAX软件优化得到一个可以满足参数要求的光学系统。其次对光学系统的杂散光进行了详细的分析。杂散光分析分为两大部分，第一部分对杂散光分析的意义、方法等基本理论进行详细介绍。第二部分先分析了杂散光源的辐射特性，确定出杂散光抑制指标。使用二维制图软件CAXA设计了一个方形遮光罩，并对其添加了相应的挡光环。在软件中进行三维结构建模和光线追迹分析，计算出该系统的PST值。结果表明在离轴角在15°左右时PST突然变大。通过在TRACEPRO软件的分析模式下对该杂散光路径的进一步分析得出离轴角为15°时杂散光的来源。提出将遮光罩加长的方法来抑制这部分杂散光。分析结果表明，优化后的遮光罩能够满足最终的杂散光抑制要求。最后对杂散光影响下的探测器探测能力进行分析研究。确定出有杂散光影响的信噪比计算方法。计算出信噪比为5，探测目标为6等星时探测器所允许的极限杂散光光子通量，结合光学系统PST值分析出优化后的遮光罩在杂散光源离轴角大于17°时其极限探测能力能够达到要求。分析计算出在杂散光影响下，光学系统对直径为1m的球体的最远探测距离在300km到500km之间。根据不同长度遮光罩的PST值大小，确定出光学系统的观测角度与遮光罩长度的关系。得出结论：地球相对于相机光轴的最小夹角为17°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 发展现状
• 1.3 本论文研究的内容
• 第二章 光学系统设计
• 2.1 光学系统设计基本步骤
• 2.2 光学系统参数确定
• 2.2.1 CCD参数
• 2.2.2 镜头参数的确定
• 2.3 光学系统设计
• 2.3.1 光学系统选型
• 2.3.2 光学系统初始结构确定
• 2.3.3 光学系统优化
• 2.3.4 光学系统设计结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 杂散光分析
• 3.1 杂散光分析的意义
• 3.2 杂散光分析的基本方法
• 3.3 杂散光分析基础理论
• 3.3.1 杂散光传输路径分析
• 3.3.2 镜面和非光学表面的散射模型
• 3.3.3 常用的杂散光抑制步骤
• 3.3.4 常用杂散光抑制措施
• 3.4 杂散光分析
• 3.4.1 杂散光来源分析
• 3.4.2 杂散光抑制指标计算分析
• 3.4.3 遮光罩设计
• 3.4.4 杂散光抑制能力计算
• 3.4.5 遮光罩优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 探测能力分析
• 4.1 探测器信噪比分析
• 4.1.1 光电探测器的噪声
• 4.1.2 信噪比计算分析
• 4.2 探测距离分析[14]
• 4.3 遮光罩长度和观测角度的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢